Esta nota de aplicación considera el comportamiento fuera de la hoja de datos de los circuitos integrados (CI). Conozca las trampas que les esperan a los ingenieros que nunca han experimentado la Ley de Murphy. La Ley de Murphy puede fallar en su peor momento. Este artículo revisa los procesos de pensamiento de ingenieros experimentados e inexpertos y cómo proteger los circuitos de fugas por contaminación ambiental, interferencias de radiofrecuencia y descargas electrostáticas.
Ley de Murphy y los riesgos de diseñar “fuera de la hoja de datos”
Resumen: Esta nota de aplicación considera el funcionamiento fuera de la hoja de datos de los circuitos integrados (CI). Conozca las trampas que les esperan a los ingenieros que nunca han experimentado la Ley de Murphy. La Ley de Murphy puede fallar en su peor momento. Este artículo revisa los procesos de pensamiento de ingenieros experimentados e inexpertos y cómo proteger los circuitos de fugas por contaminación ambiental, interferencias de radiofrecuencia y descargas electrostáticas.
prólogo
Creo en la Ley de Murphy como principio de vida. La Ley de Murphy establece que cualquier cosa que pueda salir mal, saldrá mal en el peor momento posible. Wikipedia explica la historia de la Ley de Murphy con la imagen de la Figura 1. Murphy a veces provoca choques de trenes.
Wikipedia explica que el descarrilamiento de 1895 ocurrió cuando el Granville-Paris Express invadió una parada intermedia. El accidente fue causado por una falla en los frenos y un maquinista que intentaba recuperar el tiempo perdido. El motor cruzó unos 30 m (98 pies) desde el vestíbulo de la estación, se estrelló contra una pared de 60 cm (24 pulgadas) de espesor, cruzó la terraza, salió de la estación y 10 m (33 pies) hacia abajo. Nos sumergimos en la Place de Rennes . se paró en la nariz. Para obtener más información sobre la Ley de Murphy, visite el sitio de la Ley de Murphy.
Prueba de dispositivo estándar y especificaciones de la hoja de datos
Considere cómo afecta la ley de Murphy a los circuitos integrados que han sido probados y cumplen con las especificaciones publicadas. Es importante comprender que existe una diferencia entre cómo se prueba un IC y cómo se usa en la aplicación de un cliente. El tiempo de prueba en el equipo de prueba automatizado (ATE) es muy costoso. Se paga por segundo. Un IC generalmente tiene muchas aplicaciones y solo una prueba, por lo que los fabricantes establecen sus especificaciones para cumplir con la mayoría de las aplicaciones. Luego se definen los procedimientos de prueba para probar estas especificaciones con un tiempo de prueba mínimo. Un dicho muy conocido en la industria de IC es: La hoja de datos proporciona condiciones de prueba y especificaciones. Todos los fabricantes garantizan que sus piezas cumplen valores mínimos y máximos mediante una combinación de pruebas y/o simulación (esto es lo que se entiende por “garantizado por diseño”).
Un ejemplo de un parámetro que normalmente está “garantizado por diseño” es el rango de temperatura de funcionamiento. Las piezas se prueban a una temperatura (“ambiente”, es decir, +25 °C). No probado para todas las temperaturas dentro del rango operativo publicado del dispositivo. Más bien, la simulación de diseño puede predecir el comportamiento del dispositivo en un rango completo de variaciones de temperatura y proceso. Además, la mayoría de los fabricantes colocan bandas de protección alrededor de los parámetros para permitir estas variaciones. Estadísticamente, muchos fabricantes establecen su barrera de seguridad en “six sigma”, un método comúnmente aceptado que establece que la desviación estándar tiene un 99,9997 % de posibilidades de cumplir con la especificación para ese parámetro. Utilice la garantía de diseño para el rango de temperatura de funcionamiento a expensas de aumentar el tiempo de prueba en un factor de 3 o más.
¿Cómo puedo usar una parte “fuera de la hoja de datos”?
Todas las partes tienen límites. No se puede diseñar una sola pieza para todos los usos posibles. Incluso si alguien lo intentara, nadie podría permitirse el lujo de pagar por esa pieza. Hay miles de piezas lógicas y familias de dispositivos.
Por ejemplo, la lógica CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) se inventó hace unos años. Diseñado como lógica digital barata. Los ingenieros pronto comenzaron a utilizar la lógica digital en forma analógica lineal para un sinfín de aplicaciones que se beneficiaban de dispositivos IC más económicos. En la Figura 2a, se utiliza un inversor lógico con dos resistencias como amplificador grueso. Las especificaciones del dispositivo resultante apenas son suficientes para funcionar. La hoja de datos no dice nada sobre esta aplicación y el fabricante del circuito integrado no garantiza los parámetros para esta aplicación. Entonces, este amplificador aproximado es realmente la definición de uso “fuera de la hoja de datos”. Un ingeniero inteligente puede usar los seis inversores en el paquete IC. La Figura 2b agrega más capacidad de manejo de corriente al amplificador operacional. La Figura 2c es un oscilador, mientras que la Figura 2d es la misma que la Figura 2a con una mayor ganancia. La figura 2e es un DAC de 4 bits. Si manejamos la Figura 2e con un contador, obtenemos un generador de escalera. Agregar un comparador de ventana crea un ADC de aproximación sucesiva al detener el contador cuando la salida del DAC coincide con el voltaje de entrada.